【正文】 的電能，自來水氯氣消毒系統(tǒng)輸出水的質(zhì)量與流量等。主參數(shù)往往是衡量質(zhì)量的最終指標(biāo)，因此這種系統(tǒng)對比值的要求大為降低，具有按主參數(shù)反饋?zhàn)詣有Ｕ戎迪禂?shù)的優(yōu)點(diǎn)。 應(yīng)當(dāng)指出，在串級比值控制系統(tǒng)中流量比值是用第三個(gè)參數(shù)來自動校正的。 當(dāng) 2Q 、 1Q 出現(xiàn)擾動時(shí)，副回路可以很快動作，使兩者的比例維持常數(shù)，即保持比值一定，從而不影響主參數(shù)，或大大減小擾動對主參數(shù) Y(s) 的影響。 串級比值控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，主、副流量恒定，分別將測量變送器后送至除法器，其輸出即為比值，作為 2()TWs的測量信號，此時(shí)主參數(shù) ()Ys也恒定。 ()Ys稱為第三個(gè)參數(shù)或主參數(shù)（質(zhì)量指標(biāo)）。 圖 18 串級比值控制 從圖 18可以看出，它的副回路是一個(gè)閉環(huán)比值系統(tǒng)，其比值由除法器來實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)流量比稱為副參數(shù)。 串級比值控制系統(tǒng) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制是實(shí)現(xiàn)兩種物料流量間的定比值控制，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中其 比值系數(shù)是不變的。 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)適用于主副流量擾動頻繁，負(fù)荷變化較大，同時(shí)保證主、副物料總量恒定的生產(chǎn)過程。 （ 2）系統(tǒng)更易于調(diào)節(jié) 當(dāng)需要改變主動量的設(shè)定值時(shí)，主動量控制回路通過 調(diào)節(jié)控制使主動量的輸出值改變?yōu)樾略O(shè)定值，同時(shí)從動量也將隨主動量按給定比值變化。 圖 17 具有動態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)的雙閉環(huán)比值控制 由以上分析可見雙閉環(huán)控制中，主動量控制回路是一定值控制系統(tǒng)，而從動量控制回路是一個(gè)隨動控制系統(tǒng)。如圖 17所示為引入 “ 動態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié) ” ()bsW 的雙閉環(huán)比值控制 ， 由于副流量滯后于主流量，則動態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)應(yīng)具有超前特性。 擾動消除后， 1Q =R， 2Q ＝ 1Q KW 升降負(fù)荷時(shí)，可改變 R(s) 圖 16 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理框圖 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，對自動化的要求較高。其中， 主流量回路：克服主流量擾動，實(shí) 現(xiàn)其定值控制。 通過從動控制回路的調(diào)節(jié)控制使從動量的實(shí)際值與該輸入值吻合，即從動控制量的實(shí)際值與主動量變動后的數(shù)值相對應(yīng)，保持主動量和從動量的比值不變。 因此，因擾動而發(fā)生的主動量和從動量波動利用各自控制回路分別實(shí)現(xiàn)實(shí)際值與給定值吻合，從而保證主、副物料流量的比值恒定。當(dāng)系統(tǒng)需要升降負(fù)荷時(shí)，只要改變主流量的設(shè)定值，主、副流量就會按比例同時(shí)增加或減小，從而克服上述單閉環(huán)比值系統(tǒng)的缺點(diǎn)。主流量控制回路能克服主流量擾動，實(shí)現(xiàn)定值控制；副流量內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 控制回路能抑制作用于副回路中的擾動，使副流量與主流量成比值關(guān)系。其工藝流程圖和原理方框圖如圖 15所示。比值系數(shù)為兩物料重量之比。 圖 14 螢石單閉環(huán)比值控制自動配料系統(tǒng)框圖 圖中粗線代表物料運(yùn)送，細(xì)線代表控制線路。 水泥生產(chǎn)中，為了降低水泥中 fCaO（游離氧化鈣，又稱游離鈣）含量，提高水泥熟料質(zhì)量，要求在石灰石中按一定比例自動連續(xù)地?fù)郊游炇Ｔ摽刂葡到y(tǒng)能保證主、副物料的流量比值不變，同時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中應(yīng)用較廣。 （ 4）當(dāng)主、副物料流量同時(shí)受到擾動變化時(shí)，調(diào)節(jié)器在調(diào)整副物料流量使之維持原設(shè)定值的同時(shí)，系統(tǒng)又根據(jù)主物料流量產(chǎn)生新的給定值，改變調(diào)節(jié)閥的開度，使主、副物料流量在新的流量數(shù)值的基礎(chǔ)上，保持原設(shè)定值 的比值關(guān)系不變。 （ 2）當(dāng)主物料流量不變，副物料 流量受到擾動變化時(shí)，可通過副流量的閉合回路調(diào)整副物料流量使之恢復(fù)到原設(shè)定值，保證主、副物料流量比值一定。當(dāng) 1Q 受到擾動時(shí)， 1()TWs輸出變化， 2Q 跟隨 1Q 變化，保證原設(shè)定的比值不變。 ： （ 1）當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，主、副物料流量的比值恒定。它不但可以實(shí)現(xiàn)副流量跟隨主流量的變化而變化，而且還可以克服副流量本身干擾對比值的影響。 1()TWs根據(jù)給定值的變化，發(fā)出控制命令以改變調(diào)節(jié)閥的開度，使副流量 2Q 跟隨主流量 1Q 而變化，從而保證原設(shè)定的比值不變。主流量調(diào)節(jié)器 1()TWs的輸出作為副流量的給定值。系統(tǒng)原理框圖如圖 13 所示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 （ 1）工藝流程圖 （ 2）原理方框圖 圖 12 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 1. 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是由兩個(gè)信號即主流量 1Q 、副流量 2Q ，兩個(gè)變送器 、 調(diào)節(jié)器 、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和一個(gè)以 2Q 作為反饋信號的閉環(huán)回路組成。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是在開環(huán)比值控制系統(tǒng)上增加對副物料的閉環(huán)控制回路，用以實(shí)現(xiàn)主、副物料的比值保持不變。 3）當(dāng)從動 量受到外界干擾（如溫度、壓力擾動）波動時(shí)，由于是開環(huán)控制，沒有調(diào)節(jié)從動量自身波動的環(huán)節(jié)，也沒有調(diào)整主動量的環(huán)節(jié)，故兩種物料的比值關(guān)系很難保持不變，系統(tǒng)對此無能為力。 （ 1）工藝流程圖 （ 2）原理方框圖 圖 11 開環(huán)比值控制系統(tǒng) 由原理方塊圖我們可以總結(jié)開環(huán)比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)如下： 1）當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，兩物料的流量滿足比值關(guān)系。 21QK Q?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 開環(huán)比值控制系統(tǒng) 開環(huán)比值控制系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)最簡單的比值控制系統(tǒng)，其工藝流程圖和原理方塊圖如圖 11 所示。比值控制系統(tǒng)可籠統(tǒng)分為：開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、 串級比值及 變比值控制系統(tǒng)等。 比值控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為簡單比值和復(fù)雜比值控制系統(tǒng)。如果生產(chǎn)上因某種需要對參數(shù)間的比值進(jìn)行修正時(shí)，需要人工重新設(shè)置新 的比值系數(shù)，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般比較簡單。比值控制系統(tǒng)按比值的特點(diǎn)可分為定比值和變比值控制系統(tǒng)。 ，也稱為從動量 : 另一種隨主物料的變化而成比例地變化 的物料稱為從物料（從動量），常用 Q2表示。 比值控制系統(tǒng)特點(diǎn) 比值控制系統(tǒng)的特征 : 是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上物料保持一定比例關(guān)系。 Q1與 Q2之間的關(guān)系為 Q2＝ KQ1 （ 11） 式中， K 為比值系數(shù)。 通常，在兩個(gè)需要保持一定比例關(guān)系的物料中，一個(gè)是主動量或關(guān)鍵量，另一個(gè)是從動量或輔助量。 比值控制原理 在煉油、化 工、制藥等許多生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要兩種物料或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系。通常以保持兩種或幾種物料的流量為一定比例關(guān)系的系統(tǒng)，稱之 流量比值控制系統(tǒng) 。 為此，我們引入比值控制系統(tǒng)。 例如，在煤氣燃燒過程中，要求煤氣與 助燃空氣按一定配比（最佳為 1： ）供入燃燒室。 比值控制系統(tǒng)定義 工業(yè)中存在著大量按原料配比進(jìn)行生產(chǎn)的過程，要求將原料配比進(jìn)行控制，然而配比的變化往往意味著產(chǎn)品產(chǎn)量下降、質(zhì)量下降、能量浪費(fèi)、物料浪費(fèi)、成本提高、環(huán)境污染、甚至安全事故。為此，我們引入比值控制系統(tǒng)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 第一章 比值控制系統(tǒng)概述 在各種生產(chǎn)過程中，經(jīng)常遇到生產(chǎn)工藝要求兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)成一定的比例關(guān)系，一旦比例失調(diào)，就會影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。配料精度的高低制約著整個(gè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，所以應(yīng)對配料過程的控制給予足夠重視。 通過以上分析可見，在配料過程中對生產(chǎn)產(chǎn)品的各種原料的比值進(jìn)行控制顯得尤為重要，常用比值控制來解決此類問題。汽油調(diào)合是煉廠利用生產(chǎn)的各種汽油組分，按某種比例配方和添 劑均勻混合，得到符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的汽油產(chǎn)品的過程。 石油煉制生產(chǎn)過程中，把兩種或兩種以上基礎(chǔ)組分油與各種添加劑按一定比例均 勻混合，從而成為一種新產(chǎn)品的過程稱為調(diào)合。 在水泥、冶金、醫(yī)藥、玻璃、建材、化工等流程工業(yè)中，配料是生產(chǎn)過程的重要組成部分，其配料過程是否按照規(guī)定的配比 (組成產(chǎn)品的各種原料的比例 )進(jìn)行是衡量企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，如果配料的質(zhì)量達(dá)不到要求，輕則造成原料、能源的浪費(fèi)，重則影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率，有些重要生產(chǎn)崗位的配料失誤甚至?xí)o整個(gè)生產(chǎn)釀成事故。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 引 言 配料系統(tǒng)是許多工業(yè)生產(chǎn)過程的重要組成部分，其配料過程是否按照規(guī)定的配比 進(jìn)行是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。工業(yè)生產(chǎn)中，常用比值控制策略來實(shí)現(xiàn)各種物料的配比 控制。配 料在工業(yè)過程中廣泛存在，如水泥配料、煤氣混合、油品調(diào)合、配煤、燒結(jié)法煉鋼及氧化鋁、自來水加氯消毒等。油品調(diào)合主要是指汽油、柴油、潤滑 以及原油等的調(diào)合。它是汽油成品出廠的最后一道工 和煉廠生產(chǎn)成品油的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是保證汽油質(zhì)量指標(biāo)滿足環(huán)保和質(zhì)量規(guī)格要求 重要手段，調(diào)合效益在生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì) 效益中占有舉足輕重的地位。比值控制的目的就是為了實(shí)現(xiàn)使幾種物料混合符合一定比例關(guān)系，使生產(chǎn)能安全正常進(jìn)行。 下面我們就具體介紹比值控制系統(tǒng)。例如在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，要保持送進(jìn)爐膛的風(fēng)量和燃料成一定的比例，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。本章主要介紹單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值、串級比值及變比值的比值控制系統(tǒng)。 在化工、煉油及其他工業(yè)生產(chǎn)過程中，工藝上常需要兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系，比例一旦失調(diào)，將影響生產(chǎn)或造成事故。若助燃空氣輸入不足，煤氣得不到充分燃燒，降低了燃燒效率，造成能源浪費(fèi)，環(huán)境污染，還有可能導(dǎo)致環(huán)境中大量煤氣積存而成為事故隱患；若阻燃空氣過量，過剩空氣又將大量熱量以廢氣形式排放，造成熱能的大量浪費(fèi)。在過程控制中， 實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為 比值控制系統(tǒng) 。 這種控制方式在化工、制藥領(lǐng)域中大量存在。最常見的是燃燒過程，燃料與空氣要保持一定的比例關(guān)系，才能滿足生產(chǎn)和環(huán)保的要求；造紙過程中，濃紙漿與水要以一定的比例混合，才能制造出合格的紙漿，許多化學(xué)反應(yīng)的諸個(gè)進(jìn)料要保持一定的比例。由于物料通常是液體，因此稱主動量為主流量 Q1 從動量為副流內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 量 Q2。 因此，只要主副流量的給定值保持比值關(guān)系，或者副流量給定值隨主流量按一定比例關(guān)系而變化即可實(shí)現(xiàn)比值控制。 ，也稱為主動量 : 在要保持一定比例關(guān)系的物料中，把起主導(dǎo)作用的物料，稱為主物料（主動量），因?yàn)樵谶^程控制中經(jīng)常保持比例的參數(shù)是流量，故常用 Q1表示。 ： 若兩物料的比值系數(shù)設(shè)定為 K，則有： （ 12） 比值控制系統(tǒng)的類型 根據(jù)生產(chǎn)過程中工藝容許的負(fù)荷、干擾、產(chǎn)品質(zhì)量等要求不同，實(shí)際采用的比值控制方案也不同。兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)之間的比值是通過改變比值器的比值系數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，一旦比值系數(shù)確定，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，此比值系數(shù)將保持不變（為常數(shù)），具有這種特點(diǎn)的系統(tǒng)稱為定比值控制系統(tǒng)。兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)之間的比值不是一個(gè)常數(shù)，而是根據(jù)另一個(gè)參數(shù)的變化而不斷的修正，具有這種特點(diǎn)的系統(tǒng)稱為變比值控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜。凡構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)以下的比值控制系統(tǒng)稱為簡單比值控制系統(tǒng)；凡構(gòu)成兩個(gè)閉環(huán)以上的比值控制系統(tǒng)稱為復(fù)雜比值控制系統(tǒng)。下面我們一一簡單介紹這五種控制系統(tǒng)。其中 FT 為檢測變送器， FC 為比值控制器。 2）當(dāng)主動量受到干擾而發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)通過比值器及設(shè)定值按比例去改變控制閥的開度，調(diào)節(jié)從動量使之與主動量仍保持原有的比例關(guān)系。 開環(huán)比值控制是理解比例控制工作機(jī)理的基礎(chǔ)，在實(shí)際工程上很少應(yīng)用。工藝流程圖及原理框圖如圖 12 所示。在穩(wěn)定時(shí)，能實(shí)現(xiàn)主、副流量的工藝比值的要求，即 2/ 1Q Q K? (K 為常數(shù) )。當(dāng)主流量 1Q 不變、而副流量 2Q 受到擾動時(shí)，則可通過副流量的閉合回路進(jìn)行定值控制。當(dāng)主流量 1Q 受到擾動時(shí)， 1()TWs則按預(yù)先設(shè)置好的比值使其輸出成比例變化，即改變 2Q 的給定值。當(dāng)主副流量同時(shí)受到擾動時(shí)，調(diào)節(jié)器 1()TWs在克服副流量擾動的同時(shí)，又根據(jù)新的給定值，改變調(diào)節(jié)閥的開度，使主、副流量在新的流量數(shù)值的基礎(chǔ)上，保持其原設(shè)定值的比值關(guān)系。可見， 該系統(tǒng)能確保主、副兩個(gè)流量的比值不變，同時(shí)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)又較簡單，方案實(shí)現(xiàn)起來方便 ,僅用一臺比值器或比例調(diào)節(jié)器即可，因而在工業(yè)過程自動化中廣泛應(yīng)用。 如圖 13單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理框圖，由圖可知： 穩(wěn)態(tài)時(shí)： 1 1 1 2 2()m T mW W Q W Q? 圖 13 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理框圖 當(dāng) 1Q 不變， 2Q 受到擾動時(shí)，閉合回路進(jìn)行定值控制。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)適用于負(fù)荷變化不大，主流量不可控制，兩種物料間的比值要求較精確的生產(chǎn)過程 。 KW WW m Tm ???? 2 1112內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 （ 3）當(dāng)主物料流量受到擾動變化，而副物料不變時(shí)，則按預(yù)先設(shè)置好的比值使比值器輸出成比例變化，即改變給定值，根據(jù)給定值的變化，發(fā)出控制命令，以改變調(diào)節(jié)閥的開度，